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錦野 将元; 石野 雅彦; 市丸 智*; 畑山 雅俊*; 長谷川 登; 河内 哲哉
レーザー学会第483回研究会報告; 短波長量子ビーム発生と応用, p.25 - 28, 2015/12
プラズマ軟X線レーザー、レーザープラズマ軟X線源, X線自由電子レーザーの開発により、軟X線によるアブレーションが実現できるようになってきた。波長が短い光を用いることから高い解像度および高いアスペクト比の改質、加工が期待することができる。軟X線を固体に照射すると、その表面からから構成原子が爆発的に剥ぎ取られるアブレーションが起こる。どのような物質でも軟X線領域から硬X線領域に移っていくに従って、光の吸収が弱くなり光のエネルギーを高い密度で物質に伝達できなくなる。したがって、高い空間分解能で物質に光のエネルギーを伝達するためには軟X線領域の光が適している。特に波長13.5nm付近に代表される極端紫外線光は、加工技術(EUVリソグラフィ)の用途で開発が進められている。しかし、EUV多層膜鏡の高強度な光照射に対する耐久性の定量的評価はこれまでにほとんど評価が行われておらず、多層膜ミラー損傷評価や損傷メカニズムの解明は、応用利用に向けて重要な課題となっている。本報告では、軟X線による金属と多層膜構造物質に対するアブレーション実験の結果を報告する。
錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 石野 雅彦; 南 康夫*; 末元 徹*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 佐藤 克俊*; Faenov, A.*; et al.
X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.958902_1 - 958902_7, 2015/09
The high quality soft X-ray laser (SXRL) source enables us to achieve quite high spatial-resolution as a probe and quite intense X-ray as a pump. As an application using the SXRL, we have observed the spallative ablation process by the interaction with SXRL or femto-second (fs) laser. In the presentation, we show several new application results using the SXRL. We discuss the scenario of the spallative ablation of the sample surface. The numerical simulation study is underway by using a molecular dynamics code. These results lead to understanding the full process of the interaction with the SXRL and/or fs laser.
長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 井筒 類*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; et al.
X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.95890A_1 - 95890A_8, 2015/09
被引用回数：1 パーセンタイル：55.4(Optics)フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速(~ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。
Janulewicz, K. A.*; Kim, C. M.*; Steil, H.*; 河内 哲哉; 錦野 将元; 長谷川 登
X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.95890N_1 - 95890N_7, 2015/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Optics)放射光光源で偏光特性を校正した軟X線領域用の薄膜ビームスプリッターを開発し、これを用いることで、過渡利得励起方式におけるニッケル様銀プラズマ軟X線レーザーの偏光状態の精密計測を行った。軟X線レーザーの強度及びビーム広がり角から、軟X線レーザー媒質(プラズマ)の状態を求めることにより、偏光の発生するメカニズムを明らかにすることに成功した。
長谷川 登; 富田 卓朗*; 錦野 将元; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 河内 哲哉; et al.
JAEA-Conf 2015-001, p.17 - 20, 2015/07
軟X線レーザーをプローブとした干渉計を構築することで、フェムト秒レーザーアブレーション過程におけるexpansion frontとablation frontの同時計測に成功した。これにより、フェムト秒レーザーアブレーションのダイナミクスの全体像を実験的に得ることに成功した。更に金とタングステンのexpansion frontの形状を比較することにより、アブレーション過程が局所的な照射強度と加工閾値に強く依存していることが示された。これは、照射レーザーのプロファイルの制御により、expansion frontの形状が制御可能であることを示しており、過渡的な光学素子の形成等への応用が期待される。
錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*; 河内 哲哉; et al.
レーザー学会第471回研究会報告; 短波長量子ビーム発生と応用, p.9 - 12, 2014/12
フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これまでの金や白金に加えて融点の高いタングステンを用いて実験を開始した。フェムト秒レーザー照射によるタングステンのアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm、パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm、パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。レーザー照射の数ピコ秒後から数ナノ秒後の時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程について軟X線による反射及び干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。また、講演ではタングステンと他の金属のアブレーション過程の違いについて考察を行う。
馬場 基芳*; 錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹
Japanese Journal of Applied Physics, 53(8), p.080302_1 - 080302_4, 2014/08
被引用回数：7 パーセンタイル：30.7(Physics, Applied)軟X線光源として波長13.9nm、パルス幅8ピコ秒の軟X線レーザーを用 いたシングルショット斜入射反射型軟X線顕微鏡の開発を行っている。結像光学素子としてフレネルゾーンプ レートを用いることで高空間分解能を達成している。サブミクロンスケールの溝構造をつけたプラチナサンプルの表面を約360nmの空間分解能でシングルショット撮像に成功した。ケーラー照明を用いることで100ミクロンの幅広い空間視野を保ち、また、この軟X線顕微鏡は100ミクロン以上の深さの焦点深度を持つことを確認した。この高空間分解能の軟X線顕微手法により、単一パルスのフェムト秒レーザーによって引き起こされる レーザーアブレーションの過程や表面の微細構造を高空間,高時間分解能で観察することが可能となった。
越智 義浩; 長谷川 登; 鈴木 庸氏; 助川 鋼太*; 河内 哲哉; 岸本 牧; 永島 圭介
JAERI-Tech 2004-062, 32 Pages, 2004/11
JAERI-Tech-2004-062.pdf:1.84MB
繰返し頻度0.1Hzで動作する軟X線レーザー装置のドライバーレーザーとして、高繰り返しチャープパルスレーザーシステムの設計を行った。前段増幅部としてパルスの制御性にすぐれた光パラメトリック増幅器(OPCPA)を用いた。主増幅部にはレーザーガラスを用いるため、優れた放熱効果にすぐれたジグザグスラブ型増幅器を用い、小さいビームサイズでマルチパス増幅させた後、ダブルパス増幅を行う二段階増幅を採用した。また、像転送系をシステム全体に組み込むことで増幅レーザー光の空間強度分布の均一化を図った。本報告では、各部分について試作器を製作して行った増幅特性評価の結果と、それをもとに決定したシステムの最終仕様について報告する。
B.N.Chichkov*; A.Egbert*; S.Meyer*; B.Wellegehausen*; L.Aschke*; H.Kunze*; 加藤 義章
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 38(4A), p.1975 - 1978, 1999/04
被引用回数：13 パーセンタイル：53.01(Physics, Applied)完全電離原子と中性原子あるいは部分電離イオンとの低エネルギー衝突における電荷移動は、軟X線レーザー実現における有力なポンピング方法である。電荷移動による軟X線レーザーを実現するために、クラスターと原子気体の混合物を用いる方法が提案されている。高強度のフェムト秒レーザー照射により、クラスターに効率よくエネルギーが吸収され、原子気体よりはるかに高いイオン化度が得られる。すなわち電荷移動ポンピングに必要とされる非平衡状態が自動的に実現される。クラスターの電離過程、電荷移動X線レーザーの候補、予測される利得などが記述されている。
河内 哲哉; 藤川 知栄美*; 安藤 剛三*; 原 民夫*; 青柳 克信*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.211 - 214, 1999/00
最近の高強度レーザーの発達により高密度プラズマ中に多価イオンを生成することが容易になってきた。プラズマ中の多価イオンは軟X線レーザーなどの媒質として重要であり、その発光機構を十分に理解することは、軟X線レーザーの高効率化や、新しいスキームの発見に重要である。近年、筆者達は、再結合プラズマ軟X線レーザーにおいてイオンの励起状態生成に、イオンの二電子励起状態が重要な役割をすることを提唱し、その過程を取り入れたモデル計算により、Li様Alプラズマの実験で得られた軟X線レーザー線の利得係数を説明した。しかしながら、利得係数はイオンの励起状態占有密度の差に比例する量であり、直接励起状態占有密度を実験で測り、計算と比較することが望まれる。今回Li様Al再結合プラズマにおいて、励起状態占有密度を直接測定し、モデル計算との比較を行ったのでその報告をする。
長谷川 登; 錦野 将元; 河内 哲哉; 山極 満; 富田 卓朗*; 末元 徹; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*
no journal, ,
フェムト秒レーザーアブレーションは微細加工の新たな手法として応用研究が盛んに行われているが、適切な観測手段が乏しく、そのプロセスは未だ明らかにされていない。我々は、フェムト秒レーザーポンプ・ピコ秒軟X線レーザープローブシステムを構築し、軟X線干渉計測、反射率計測を組み合わせる事で、レーザー照射の数ピコ秒後から1マイクロ秒後における金の表面のナノメートルオーダーの形状の時間変化を詳細に観測することに成功した。本結果は、フェムト秒レーザーアブレーションの初期過程からクレーターの形成までの現象を同一の実験条件下で計測した初めての計測例である。
錦野 将元; 河内 哲哉
no journal, ,
軟X線は可視光よりも高密度プラズマに対する透過力が高いことから、プラズマ研究用のプローブ光源としての利用が主な用途であったが、近年では、可視光よりも波長が短く、かつ硬X線よりも物質に対する浸入深さが小さいという特徴を活かして、物質表面の精密計測の光源として利用されるようになった。また軟X線レーザーによる微細加工に関して、金属表面に軟X線レーザーを照射しX線レーザーアブレーションによって生成される表面微細構造生成についても研究展開を行っている。これらの軟X線レーザー生成及びビームラインまた最近の応用研究について講演を行う。
錦野 将元; 長谷川 登; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹*
no journal, ,
日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所の発振波長13.9nmのプラズマ軟X線レーザーを使用したピコ秒の時間スケールでナノメートルスケールの表面起伏をシングルショット計測可能なポンププローブ軟X線干渉イメージングシステムと反射率イメージングシステムの開発について報告する。この計測手法を用いてフェムト秒レーザー照射による金属表面におけるアブレーション過程のピコ秒からマイクロ秒にわたる変化の観測を行った。この13.9nmの軟X線は、固体密度程度の臨界密度を持つ一方、固体に対する浸透長が数nm程度のため、レーザーアブレーションによって生成される表面プラズマの影響をほとんど受けること無く固体表面の情報を得ることが可能である。これらの実験結果と分子動力学シミュレーションを用いたフェムト秒レーザーアブレーションに関する計算結果を比較しアブレーションダイナミクスの基礎的メカニズムの解明に向けた検討についても報告する。
錦野 将元; 長谷川 登; 河内 哲哉; 末元 徹*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; Inogamov, N.*; Faenov, A. Y.*
no journal, ,
フェムト秒レーザー照射によるアブレーションは金属表面ナノスケール微細構造生成だけでなくナノ粒子生成等の半導体・材料・医療分野への応用が期待され注目されている。しかし、フェムト秒レーザーアブレーションによる様々な現象がどのように起こるのかについては明らかになっていないため、高効率化やその制御にむけた詳細な理解が望まれている。数百fs程度のパルス幅のフェムト秒レーザーアブレーションは、その照射強度によりミクロン以下の空間領域で、固相・溶融液相・プラズマ相等が混在しながらフェムト秒からナノ秒の高速時間領域で発展する現象であるため、その詳細な現象を捉えるにはナノメートルの空間分解能、ピコ秒の時間分解能をもった時間分解イメージング観察が必要である。そこで、我々は軟X線レーザーを用いて、ピコ秒の時間スケールでナノメートルスケールの表面起伏をシングルショット計測可能なポンププローブ軟X線干渉イメージングシステムと反射率イメージングシステムの開発を行った。今回、金をサンプルにしたフェムト秒レーザーアブレーション過程の計測結果について述べる。
河内 哲哉; 錦野 将元; 長谷川 登; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 山極 満; 近藤 公伯; Inogamov, N. A.*; Zakhovsky, V.*; Faenov, A. Y.*; et al.
no journal, ,
Short pulse X-ray sources become indispensable diagnostic tools in modern science and technology and are widely used in probing substances for new material development, protein crystallography in innovative drug development, and non-destructive X-ray imaging etc. The improvement of the sources is also important subject, and in particular coherent X-rays in both the laser-based and accelerator-based are intensively studied, which enable us to achieve quite high spatial-resolution as the probe and quite intense X-ray as the pump. Besides the laser-driven sources have potentials to downsizing and table-top systems, therefore we carry out the development of fully spatially coherent soft X-ray laser (SXRL) at the wavelength of 13.9 nm and its applications. The advantages of SXRLs are the large number of photons in coherent volume enough for shingle shot probe, which enable us to observe non-repetitive and irreversible phenomena, and this wavelength for which highly reflective optics are available.
熊田 高之; 乙部 智仁*; 錦野 将元*; 長谷川 登*; 林 照剛*
no journal, ,
軟X線レーザーを用いた時間分解反射型X線小角散乱装置を構築した。今回はポンプ光を同期させずに赤外・可視光用回折格子を用いて散乱パターンを測ったところ理論予測どおりの散乱パターンが得られた。一方で縞状パターンがあらわれた高強度フェムト秒レーザーの集光スポットの散乱を測定したが、測定に用いた軟X線用CCDカメラの熱ノイズ以上の信号は得られなかった。今後の開発に向け、CCDカメラの選定が重要になる。
熊田 高之
no journal, ,
軟X線レーザーを用いた時間分解反射型X線小角散乱装置を構築した。今回はポンプ光を同期させずに赤外・可視光用回折格子を用いて散乱パターンを測ったところ理論予測どおりの散乱パターンが得られた。一方で縞状パターンがあらわれた高強度フェムト秒レーザーの集光スポットの散乱を測定したが、測定に用いた軟X線用CCDカメラの熱ノイズ以上の信号は得られなかった。今後の開発に向け、CCDカメラの選定が重要になる。
